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Untersuchung von bestehenden EWS-Anlagen im Bezug auf die SIANorm 384/6:2021

Silvan Bernal; Florian Eigenmann

Titel

Untersuchung von bestehenden EWS-Anlagen im Bezug auf die SIANorm 384/6:2021

Autor/in

Datierung

10.06.2022

Beschreibung

In dieser Arbeit wird ein Referenzareal mit unabhängigen Erdwärmesondenanlagen auf die Auskühlung des
Erdreichs untersucht. In einem zweiten Schritt werden Massnahmen definiert, um eine Unterkühlung der
Erdwärmesonden zu verhindern. Als letztes wird der Einfluss der neuen SIA 384/6:2021 auf die
Erdreichtemperatur im Vergleich zu den bestehenden Anlagen untersucht. Die Berücksichtigung zukünftiger
Nachbaranlagen wird fokussiert.
Das betrachtete Areal befindet sich in St. Gallen. Es umfasst acht Erdwärmesondenanlagen. Davon sind
sieben Anlagen mit Einzelsonden ausgeführt und eine Anlage besteht aus acht Erdwärmesonden. In
unmittelbarer Umgebung sind Gebäude mit anderen Wärmequellen vorhanden, die in Zukunft auf eine
Erdwärmenutzung umgestellt werden könnten.
Um Aussagen über die Erdreichtemperaturen machen zu können, werden drei dynamische
Simulationsberechnung durchgeführt, eine für die bestehenden Anlagen, eine für die bestehenden Anlagen
inkl. der Regeneration und eine für die nach SIA 384/6:2021 ausgelegten Anlagen. Mit partiell vorliegenden
Messdaten wird die Genauigkeit der Simulation der bestehenden Anlagen verbessert. Fehlende Angaben sind
durch fundierte Annahmen ergänzt. Die zukünftigen Veränderungen durch den anthropogenen Klimawandel
sind mit den Klimaszenarien RCP8.5 DRY berücksichtigt.
Die Ergebnisse der drei Simulationsszenarien werden je Anlage ausgewertet, beurteilt und miteinander
verglichen. Dabei liegt der Fokus auf der minimalen mittleren Sole- Temperatur. Sieben von acht Anlagen
sind in der Simulation der bestehenden EWS unterkühlt. Teilweise sind die Anlagen so stark unterkühlt, dass
auch mit einer Regeneration keine Verbesserung des Zustandes zu erwarten ist. Weiter wird trotz
Redimensionierung der Erdwärmesonden nach der SIA 384/6:2021 in den Resultaten der SIA-Simulation
teilweise eine Unterkühlung der Anlagen festgestellt.
Durch die Analyse der Ergebnisse können im Ausschlussverfahren zwei Hypothesen aufgestellt werden: «Die
Berechnung nach SIA 384/6:2021 verwendet für das Referenzareal einen zu geringen Anteil an zu
erwartenden Erdwärmesonden.» oder «Der Betrachtungsradius von 50 Meter ist in der SIA 384/6:2021 zu
knapp gewählt». In weiteren Untersuchungen soll herausgefunden werden, ob die Ergebnisse dieser Arbeit
bezüglich der SIA 384/6:2021 auf andere Areale übertragbar sind. Weiter sollen die beiden genannten
Hypothesen validiert werden.

In this study, the cooling effect on the soil of a geothermal probe field has been investigated. In a second step,
measures have been defined to prevent supercooling of the geothermal probes. Finally, the impact of the new
guideline SIA 384/6:2021 on the ground temperature compared to the existing systems has been investigated.
The focus of the study is to consider the effect of neighboring geothermal probe systems.
The studied object is located in St. Gallen, Switzerland. It comprises of eight geothermal probes. There are
also buildings in the vicinity which could be converted to geothermal energy in the future. The simulation’s
accuracy could be improved thanks to partially available measurement data. Future influences due to
anthropogenic climate change are taken into account with the climate scenarios RCP8.5 DRY.
In order to be able to make statements about the ground temperatures, three dynamic simulations have been
performed 1) for the existing plants, 2) for the existing plants incl. the regeneration and 3) for plants designed
in accordance with SIA 384/6:2021. All available data have been taken into account in the simulation while
missing information was supplemented by well-founded assumptions. The simulations have been calibrated
with available measurement data in order to represent the real state as accurately as possible.
The results of the three simulation scenarios have been evaluated for each plant and then compared. The
focus was on the minimum mean brine temperature. Seven out of eight plants show supercooled brine
temperatures based on the simulation. In some cases, the plants are largely supercooled, that even
regeneration cannot improve the situation. Despite the redimensioning of the geothermal probes according
SIA 384/6:2021, a partial undercooling of the systems cannot be eliminated. By further analysing of the
results, two hypotheses can be made: a) The calculation according to SIA 384/6:2021 uses a too low
proportion of geothermal probes. or b) the viewing radius of 50 meters is too narrowly selected in SIA
384/6:2021.”
In conclusion, the existing plants are supercooled with the exception of one plant. Further, not all geothermal
probes can be brought back into normal conditions, even by regeneration. Some of the plants remain in a
supercooled condition in the reference area, despite the consideration of neighbouring facilities acc. SIA
384/6:2021. This is related to the expected proportion of geothermal probes referred to in the standard as
“geothermal coverage”. Further investigations should be carried out to determine whether the results of this
work regarding SIA 384/6:2021 are transferable to other areas and whether the two mentioned hypotheses
can be further validated.

Urheberrechtshinweis